Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır, ancak bazı RNA türleri katalizör olarak da işlev görürler.
Nükleik asitler başlıca hücre çekirdeğinde bulunmalarından dolayı keşfedildiklerinde bu şekilde adlandırılmışlardır. Bu polimerleri oluşturan nükleotid birimlerin her biri üç bölümden oluşur: 1) Azotlu heterosiklik bir baz, 2) beş karbonlu (pentoz) bir şeker ve 3) bir fosfat grubu. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri azotlu bazlarda da farklılık gösterirler: adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca DNA'da, urasil ise yalnızca RNA'da bulunur.
RNA molekülleri ilk sentezlendiklerinde bu dört temel bazdan oluşmalarına rağmen bazı RNA türleri sonradan enzimler tarafından modifikasyona uğrarlar ve başka tür bazlar da içerebilirler. RNA moleküllerinde bulunan, değişime uğramış (modifiye) baz türlerinin sayısı yüze yakındır.
Nükleik asitlerin dizinleri onları oluşturan nükleotitler bir harflik kısaltmalarla yazılırlar. Adenin, sitozin, guanin, timin ve urasilin kısaltmaları sırasıyla, A, C, G, T ve U'dur. Dizinin yazılış yönü şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının zincir üzerindeki sırasına göredir, bilimsel konvansiyonda dizinler şekerlerin 5'-3' karbonlarının doğrultusunda okunurlar.
Nükleik asitler tek bir zincirden oluşabildikleri gibi birbirine sarılmış iki zincirden de oluşabilirler. Spiral merdiven görünümlü bu yapıya çift sarmal denir. Çift sarmallı bir nükleik asitteki iki zincir aralarında oluşmuş hidrojen bağları ile birbirlerine bağlıdırlar. Bazı tek zincirli nükleik asitler de kendi üzerlerine katlanıp iki sarmallı bölgeler oluşturabilir. DNA genelde çift sarmallı olmakla beraber bazı virüslerin içerdikleri DNA tek zincirlidir. RNA molekülleri de genelde tek zincirden oluşmakla beraber bazı virüslerin içinde çift sarmallı RNA bulunur.
Nükleik asit zincirindeki şeker ve fosfat grupları değişimli olarak birbirine bağlıdır, oksijen atomlarının paylaşılmasıyla oluşan bu bağlara fosfodiester grubu denir. Fosfat grupları şeker molekülünün 3' ve 5' karbon atomlarına bağlıdır. Azotlu bazlar pentoz halkasının 1' karbonuna bağlıdır.
Çift sarmallı nükleik asitlerde şeker-fosfatlı zincirler silindirik yapının dışında yer alır, azotlu bazlar ise bu yapının ortasına doğru uzanarak birbirleriyle hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağı kurmuş her bir baz çiftindeki bazlardan biri pürin sınıfından, öbürü pirimidin sınıfındandır, bunların toplam uzunluğu sabittir. Genelde çift sarmalın genişliği onu oluşturan baz dizininden bağımsız ve sabittir. DNA'da adeninin her zaman timin ile, guanin de her zaman sitozin ile eşlidir. Bu baz çiftlerine tümleyici bazlar denir.
Bu eşlenmenin gerçekleşmesi için iki zincir birbirlerine göre ters yönde akarlar. Yani iki sarmalın dizini iki satır olarak yazıldıklarında bir satırdaki dizin 5'-3' yönünde, öbür satırdaki ise 3'-5' yönündedir. Bu iki dizinden biri öbürünün tümleyici dizinidir.
Baz eşlenmesinin bir diğer sonucu da iki zincirin birbirlerine sarılarak spiral merdiven gibi bir yapı oluşturmalarıdır. Bu çift sarmal genelde sağ el kuralına göre döner, bir dönmesinde 10 baz çifti vardır. James Watson ve Francis Crick DNA'nın bu üç boyutlu yapısını keşfedip 1962'de Nobel Tıp veya Fizyoloji ödülünü kazandılar.